3-6 مزایای الگوریتم PSO به سایر الگوریتمهای تکاملی52
فصل چهارم: بهینهسازی تابع هدف
4-1 دیباچه55
4-2 بیان مساله57
4-3 قیود59
4-4 مدل بار پیشنهادی61
4-4-1 مدلسازی بار از لحاظ نوع مصرف61
4-4-2 مدلسازی بار از لحاظ توان، امپدانس و جریان ثابت63
4-5 حل مساله جایابی خازن با استفاده از الگوریتم PSO64
فصل پنجم: نتایج شبیهسازی
5-1 دیباچه67
5-2 جایابی دو خازن68
5-3 جایابی چهار خازن71
5-4 جایابی شش خازن74
5-5 جایابی هشت خازن77
5-6 جمع بندی………………………………………………………………………………………………………………..80
فصل ششم: بحث و نتیجهگیری
6-1 دیباچه82
6-2 نتیجهگیری82
6-3 پیشنهادها84
پیوستها
الف: اطلاعات شبکهی نمونه86
مراجع89
فهرست جدولها
جدول (1-1): مقایسهی نرخهای سود به هزینهی روشهای کاهش تلفات…………………………………….14
جدول (4-1): ضریب تغییر بار62
جدول(5-1): مقادیر پارامترهای جایابی خازن در حضور دو بانک خازنی69
جدول(5-2): مکان و ظرفیت بهینهی نصب شده دو بانک خازنی69
جدول(5-3): مقادیر پارامترهای جایابی خازن در حضور چهار بانک خازنی72
جدول(5-4): مکان و ظرفیت بهینهی نصب شده چهار بانک خازنی72
جدول(5-5): مقادیر پارامترهای جایابی خازن در حضور شش بانک خازنی75
جدول(5-6): مکان و ظرفیت بهینهی نصب شده شش بانک خازنی75
جدول(5-7): مقادیر پارامترهای جایابی خازن در حضور هشت بانک خازنی78
جدول(5-8): مکان و ظرفیت بهینهی نصب شده هشت بانک خازنی78
جدول(الف-1): اطلاعات مربوط به خطوط و توانهای مصرفی شبکهی نمونه88
فهرست شکلها
شکل (1-1): دیاگرام فازوری ولتاژ با ضریب قدرت پسفاز6
شکل (1-2): دیاگرام فازوری ولتاژ با ضریب قدرت پیشفاز6
شکل (1-3): دیاگرام فازروی یک مدار با ضریب قدرت پسفاز8
شکل (1-4): نمایش مدل بار معادل فیدر شعاعی17
شکل (1-5): بهترین مکان بانک خازنی برای اصلاح ضریب قدرت18
شکل(1-6): مثلث توان19
شکل(2-1): ساختار شبکهی عصبی34
شکل(3-1): مفهوم پایهی الگوریتم PSO45
شکل(3-2): شبهکد گام 1 الگوریتم PSO47
شکل(3-3): شبهکد گام 2 الگوریتم PSO48
شکل(3-4): شبهکد گام 3 الگوریتم PSO48
شکل(3-5): شبهکد گام 4 الگوریتم PSO49
شکل(3-6): جمعیت بعد از چند تکرار در یک فضای دو بعدی50
شکل(3-7): شبه کد الگوریتم PSO51
شکل(3-8): فلوچارت حل نحوهی بهینهسازی الگوریتم PSO53
شکل(4-1): حل مسالهی جایابی بهینهی خازن با استفاده از الگوریتم PSO65
شکل(5-1): شبکهی 33 شینهی نمونه67
شکل(5-2): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توانهای شبکه در حضور دو بانک خازنی71
شکل(5-3): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توانهای شبکه در حضور چهار بانک خازنی74
شکل(5-4): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توانهای شبکه در حضور شش بانک خازنی77
شکل(5-5): نمایش نموداری پروفیل ولتاژ و توانهای شبکه در حضور هشت بانک خازنی80
شکل(الف-1): شبکهی 33 شینهی نمونه87
فصل اول:
کلیات تحقیق
1-1 دیباچه
تحلیل شبکههای توزیع یکی از دغدغههای اصلی بهرهبرداران شبکه است. یک مهندس سیستم بایستی اطلاعاتی دربارهی تعداد، اندازه، محل و نوع المانهای شبکه، به منظور تحلیل شبکهی توزیع، بداند. از آنجائیکه اکثریت سیستمهای توزیع عملا شعاعیاند، جهت مدلسازی و تحلیل شبکه بایستی به چالشهای مختلفی غلبه کرد، که عبارتند از [1]:
* سیستم
شبکهی توزیعی دارای تنوع وسیعی از اجزاست که دارای پیچیدگی و ابعاد بزرگیاند. به عنوان مثال، اغلب بارهای متصل شده، تنها از یکی از سه فاز تغذیه میکنند.
* توزیع بار
توزیع بار در فیدرها و شاخهها نوعا یکسان نبوده و از این رو سیستم توزیع نامتعادل است. سیستمهای نامتعادل، نامناسباند.
* داده
کل سیستم توزیع با حداقل نظارت و کنترل عمل میکند. بنابراین، دادههای واقعی موجود سیستم
برای مدلسازی و تحلیل آنها بسیار محدود است.
طراحان نیازمند اطلاعات دقیق برای مدلسازی و طراحی جایگزین برای سیستمهای پیچیده، به
منظور غلبه بر مشکلات مختلف همراه با طراحی، بهرهبرداری و کنترل سیستمهای توزیع، هستند.
پاسخ برخی از انواع مشکلات مانند انتخاب هادی، تنظیم ولتاژ، جایابی خازن نیازمند مدلها و
تکنیکهای دقیق است.
مطالعات تحلیلی و طراحی برای شرکتها به منظور اطمینان از تامین کیفیت توان انجام شده است.
برخی از دلایل پیچیدگی جنبههای طراحی سیستم توزیع در ادامه ارائه شده است.
* جنبههای تجاری سیستمهای توزیع
بدلیل اتصال داخلی تجهیزات مختلف شبکهی توزیع، یک جزء روی عملکرد فنی و اقتصادی سایر اجزاء در سیستم تاثیر میگذارد، که این موجب میشود ارزیابی راه حل فنی- اقتصادی یک فرآیند پیچیدهای باشد.
* اندازه
تعداد زیادی اجزاء یک سیستم توزیع را تشکیل میدهند. این بدان معناست که شناسائی و تحلیل جایگزینها بسیار مشکل است. ارزیابی تمامی جایگزینهای محتمل بسیار مشکل و گاهی نیز ناممکن است.
* عدم قطعیت
در برنامهریزی بلند مدت، پیشبینی ارتقاء در آینده امری ضروری است. هر عدم قطعیتی روی طراحی شبکهی توزیع تاثیر میگذارد. گاهی اوقات، بهترین پیشبینیهای طراحی، بار و اقتصادی، عدم قطعیت در مورد بارگذاری آینده سیستم برای طراحی نامناسب شبکه توزیع را در بر نمیگیرد. بنابراین، طراحی سیستم توزیع به منظور ارضاء تقاضای آینده با اجتناب از عدم قطعیت در پیشبینی بار و سایر موارد شبکههای توزیع ضروریست.
* سایر جنبههای ایمنی
در فرآیند طراحی، طراحان سیستم قدرت بایستی جنبههای دیگر از ایمنی شامل مراجع قانونی، گروههای اجتماعی، مداخله رهبران کسب و کار و سایر خدمات را در محاسبات در نظر بگیرند.
1-2 مطالعهی تاثیرگذاری خازن روی شبکه
تجربهی طراحان شبکهی توزیع در قالب یک سیستم خبره به شکل تعدادی از قوانین با عنوان پایهی قانون2 بیان میشود. بسیاری از مفاهیم در طراحی شبکههای توزیع در توافق با تقاضاست. کل توان و تولید مورد تقاضا به سادگی “مجموع مصرفکنندگان” نیست. تقاضای یک مصرفکننده (که به آن در اصطلاح “بار” اطلاق میشود) عینا توسط تولیدکننده (که به آن “توان مفید” اطلاق میگردد) ارضاء نمیشود. توان مفید، توان اکتیو مورد نیاز برای تولید کارهای مفید است، این همان توان مصرفی در بخش مقاومتی مدار است. ادوات قدرت به صورت ایدهآل مقاومتی نبوده و دارای راکتانساند، که این امر منجربه مصرف توان راکتیو در مدار میشود [2].
به طور کلی، یک منبع بایستی توان مختلط یا ظاهری تمامی مصرفکنندگان را تامین کند. توان ظاهری یک بار نقطهای (مصرفکننده) از رابطهی زیر بدست میآید:
(1-1)
که در آن،
Si: توان ظاهری در گره i برحسب kVA
Pi: توان اکتیو مورد نیاز در گره i برحسب kW
Qi: توان راکتیو مورد نیاز در گره i برحسب kVAr
شرکتهای الکتریکی دریافتهاند که تولید توان راکتیو در نیروگاه و تامین تمامی مصرفکنندگان در فواصل دور از پست از نظر اقتصادی ممکن نیست. نصب بانکهای خازنی در غیاب بارها یا مراکز بار راکتیو سیستم قدرت بسیار اقتصادی است. ارسال توان راکتیو سیستم به دو صورت میتواند صورت گیرد. یک روش، حذف دلیل یا نیاز به آن است، که با مدیریت بخشی از امپدانس بار صورت میگیرد. این کار را میتوان با جبرانسازی راکتانس القائی توسط پست با استفاده از خازنهای سری همانند شکلهای (1-1) و (1-2) انجام داد. این روش، جبرانسازی سری نامیده میشود.
الف) مدار بدون خازن
ب) مدار با خازن

ج) دیاگرام فازوری بدون خازن

د) دیاگرام فازوری با خازن
شکل (1-1): دیاگرام فازوری ولتاژ با ضریب قدرت پسفاز
الف) بدون خازنهای سری
ب) با خازنهای سری
شکل (1-2): دیاگرام فازوری ولتاژ با ضریب قدرت پیشفاز
روش دیگر برای غلبه بر نیاز به توان القائی راکتیو، تزریق مقدار معادل توان خازنی راکتیو مورد نیاز در قالب بارها با استفاده از نصب خازنهای شنت است. خازنهای سری، جریانهای پسفاز مورد نیاز برای بارهای القائی را میکشد. این مفهوم در شکل (1-3) نشان داده شده است. از این شکل میتوان دریافت که خازنهای شنت منجر به تغییر در زاویه بین ولتاژ سمت فرستنده (VR) و جریان میشود که آن را به اصلاح ضریب توان مینامند [3].
الف) مدار بدون خازن
ب) مدار با خازن
ج) دیاگرام فازوری بدون خازن
د) دیاگرام فازوری با خازن
شکل (1-3): دیاگرام فازروی یک مدار با ضریب قدرت پسفاز
ترجیحا از خازنهای سری در شبکههای توزیع، بدلیل نیاز به مطالعات مهندسی زیاد و حفاظت آن، استفاده نمیشود. بعلاوه، احتمال داشتن فرورزونانس در ترانسفورماتورهای توزیع و افزایش ولتاژ ناشی از جریان پسفاز بالا حاصل از راهاندازی موتورهای القائی بزرگ وجود دارد. خازنهای سری، از نظر حفاظت در مقابل موج جریان خطای ولتاژهای زیاد، به خوبی حفاظت نمیشوند. به عبارت دیگر، خازنهای شنت یا جبرانسازی راکتیو، جریان راکتیو مورد نیاز بارهای القائی را فراهم میآورند.
در نتیجه، جریان خالص سیستم کاهش یافته و ضریب توان نیز افزایش مییابد. تلفات کل توانهای اکتیو و راکتیو کاهش یافته و به دنبال آن توان ظاهری نیز کم میشود. اصلاح ضریب توان برآیند منتج به افزایش صرفهجوئی سیستم و کمینهسازی تلفات میشود.
مزایای نصب بانک خازنی اقتصادی امری اثبات شده است [4]، که سبب آزادسازی ظرفیتهای تولید، انتقال و توزیع سیستم میگردد. این امر روی افزایش ظرفیت سیستم تاثیر گذاشته و از این رو، امکان کاهش هزینههای آیند را فراهم میآورد. علاوه بر کاهش تلفات انرژی، تلفات تجهیزات و خط نیز کمینه میشود.
ضریب توان اقتصادی، زمانیکه هزینهی نصب بانک خازنی برابر با مزایای اقتصادی نصب آن است، حاصل میشود. ضریب توان اقتصادی را با اجراهای مکرر برنامهی پخش بار به صورت زیر میتوان بدست آورد [4]:
* تنظیم ضریب توان سیستم در حد 90%، با اعمال خازنهای شنت در هر شین.
* محاسبهی سود و هزینهی ضریب توان جریان.
* به ازای 1% افزایش ضریب توان سیستم، افزودن بانکهای خازنی به شینهها و محاسبهی ضریب توان اقتصادی.
* توقف فرآیند در زمانیکه سودها و هزینهها با هم برابرند.
1-2-1 کاربرد بانک خازنی
اگر واحدهای خازن انفرادی به صورت موازی نصب شوند، ظرفیت kVAr مجموعه افزایش مییابد، در حالیکه اگر به صورت سری نصب شود، مقدار KV مجموعه بیشتر میشود. مطالعهای روی منحنی طول مدت بار راکتیو فیدر میتوان انجام داد، به گونهای که کمترین توان راکتیو مورد نیاز (رخ داده در دورههای بارگذاری سبک، مشهور به حالت پایدار) میتواند با اعمال بانکهای خازنی شنت حاصل شود، در حالیکه بانکهای خازنی کلیدزنی را میتوان در دورههای پیک بار بکار گرفت .
روشهای مختلفی را میتوان برای محاسبهی میزان اصلاح بانک خازنی کلیدزنی بکار گرفت. همانگونه که در [4] ذکر شده، شرکتهای برق معمولا افزودن بانکهای خازنی را تحت ارضاء شرایط زیر، انجام میدهند:
(1-2) (KVAr of capacitor ? 0.7 (Total KVAr of feeder at peak load
اگر تعدادی بانک خازنی نصب شود، اندازهی هر بانک بایستی دارای تناسب یکسان نسبت به مکان آن باشد، این مفهوم به صورت زیر نشان داده میشود:
(1-3)
اندازهگذاری خازنها را میتوان برحسب افزایش درصد معقول ولتاژ تعیین کرد، که آن را میتوان با استفاده از رابطه زیر بیان کرد:
(1-4)
که در آن:
Qc : ظرفیت بانک خازنی (برحسب KVAr)
VR% : افزایش درصد معقول در ولتاژ
VLL: ولتاژ خط به خط
X: راکتانس خط (اهم بر مایل)
L: فاصلهی بانک خازنی از پست (مایل).
1-2-2 مکان بانک خازنی بهینه
تلفات توان اکتیو و راکتیو و بهبود ولتاژ، و همچنین سود اقتصادی نصب بانک خازن را با بهینهسازی تعیین مکان برای هر بانک خازنی روی فیدر میتوان تعیین کرد. برای سودمندی اقتصادی جایابی بهینه خازن، سه عامل زیر را باید در نظر داشت:
* مکان بانک خازنی روی فیدر
* ظرفیت بانک خازنی
* الگوی بار راکتیو فیدر
الگوی بار راکتیو فیدر میتواند یکی از موارد زیر باشد:
* الگوی بار توزیع شده به صورت یکنواخت
* الگوی بار متمرکز
* ترکیبی از هر دو
تعریف مفاهیم:
(1) نرخ KVAr بانک خازنی نصب شده به بار راکتیو کل فیدر، C، که به صورت زیر تعریف میشود:
(1-5)
که در آن،
Ic: جریان راکتیو اعمال شده توسط خازن
I1: جریان راکتیو کل اعمال شده در سمت فرستنده
(2) ? نرخ جریان راکتیو در سمت خط (I2) به کل جریان راکتیو (I1)، پس ? از رابطهی زیر بدست میآید،
(1-6)
با انجام تحقیقات روی تاثیر کاربرد بانکهای خازنی روی شبکهی توزیع با الگوهای بار مختلف، تاثیر استفاده از بانکهای خازنی روی تلفات انرژی به خوبی مورد بررسی قرار میگیرد.
با تعریف ضریب فاکتور FL به صورت:
(1-7)
که در آن، ? زاویهی ضریب توان است.
به ازای FL=0.2 یا FL=0.4، کاهش تلفات انرژی برابر صفر است، هنگامیکه نرخ اصلاح یک بانک خازنی برابر0.4 و 0.8 باشد. این حقیقتی است که بر تمامی الگوهای بار اعمال میشود. چنین مسائلی را باید در مراحل طراحی در نظر گرفت. به صورت تجربی، تاثیر قابل ملاحظهای روی طراحی ، بازدهی و هزینهی بهرهبرداری میگذارد.
1-2-3 مزایای خازن شنت
خازنهای شنت به صورت موازی با فیدرهای توزیع یک سیستم متصل میشوند. آنها جریان مورد نیاز بارهای القائی را فراهم میآورند. نوعا، برای بارهای توزیع، جریان از ولتاژ عقبتر است. بنابراین، یک خازن شنت، جریانهای پیشفازی را در مقابل مولفههای پسفاز جریان در نقطهی اتصال آن تزریق میکند. در نتیجه، ضریب قدرت جریان بهبود یافته، افزایش ولتاژی در نقطهی نصب ولتاژ رخ میدهد و مولفهی راکتیو جریان با کاهش تلفات RI2 کم میشود. هنگامیکه توان راکتیو تولید میشود، رتبهبندی ژنراتورها، ترانسفورماتورها، خطوط انتقال و توزیع نیز بایستی به همین منوال افزایش یابد. هرچند، هنگامیکه خازنهای شنت در سیستم توزیع نصب میشود، تقاضای توان راکتیو از تولید کاهش مییابد، پس آزادسازی در ظرفیت ژنراتورها، ترنسفورماتورها و خطوط توزیع ایجاد میشود. به طور خلاصه، منافع اقتصادی نصب بانکهای خازنی در شبکههای توزیع عبارتند از:
* کاهش تلفات توان پیک و انرژی
* بهبود تنظیم ولتاژ
* آزادسازی ظرفیت فیدرهای توزیع
* آزادسازی ظرفیت پست
* آزادسازی ظرفیت انتقال
* آزادسازی ظرفیت تولید
بنابراین، مسالهی جایابی بهینهی خازن با تعیین بهترین مکان، اندازه و تعداد خازنها برای نصب در یک سیستم توزیع به منظور حصول منافع اقتصادی سروکار دارد.
1-2-4 گزینههای عملی برای کاهش تلفات
نصب خازنهای شنت در شبکههای توزیع، جریانهای راکتیو را کاهش میدهد. این امر با کاهش یا حذف مولفهی راکتیو جریانهائی که تلفات RI2 را کم میکند، بدست میآید. رائول3 دریافت که استفاده از خازنهای شنت قادر به 22.5 میلیون دلار صرفهجوئی در 10 سال با اجرای روی تنها 50 درصد شبکههای توزیع حاصل میشود [5]. او همچنین کاهش تلفات قابل ملاحظهای از پروژهی نصب خازن برای برخی از فیدرهای توزیع را تجربه کرد [6].
مشخص است که غالب تلفات در سطح توزیع وجود دارد. بسیاری از شرکتهای برق توانستهاند صرفهجوئیهای زیادی از اجرای یک روش یا ترکیبی از روشهای مختلف کاهش تلفات بدست آورند. نرخهای سود به هزینه را میتوان به منظور اندازهگیری کاهش تلفات تعیین کرد. در یک مطالعه در اروپا، نرخ سود به هزینهی طرحهای کاهش تلفات مختلف در [7] مورد بررسی قرار گرفته است. این شاخصها در جدول (1-1) فهرست شده است. دامنههای تغییر نرخ سود به هزینه به صورت گستردهای قابل تغییر است. جایابی خازن، بازآرائی و مدیریت بار ترانسفورماتور توزیع، جزء بهترین تکنیکهای بهبود نرخ سود به هزینه است. بازآرائی و مدیریت بار ترانسفورماتور توزیع ممکن است دارای سودهای بزرگتری در اروپا باشد، جائیکه این سیستمها دارای بار سنگین هستند. در شمال آمریکا، که در آن شبکه دارای بار سنگین نیست، دو روش کاهش تلفات فوق چندان موثر نیست. گزارش ارائه شده در [7] تصریح میکند که جایابی خازن، به عنوان رایجترین تکنیک کاهش تلفات توان باقی میماند، چرا که آن نیاز به هزینهی سرمایهگذاری سنگین و سیمکشی و کابلکشی مجدد یا ارتقاء ولتاژ ندارد. بعلاوه، مدارات شبکههای توزیع همیشه دارای یک مولفهی القائیاند و جایابی خازن مناسب همیشه منجر به کاهش تلفات میگردد. همچنین، از نقطهنظر بهرهبرداری، نصب خازنهای ثابت نیازی به هیچ ارتقاء قابل ملاحظهای در سیستم کنترل نظارتی و اکتساب دادهها 4 (SCADA) ندارد. از این رو، اجرای برنامهی بازآرائی جدید یا مدیریت بار ترانسفورماتور نیازمند افزایش ظرفیتهای SCADA میباشد. این امر برای هزینههای سرمایهگذاری در [7] لحاظ نشده است. پس در اغلب موارد، جایابی خازن بهترین گزینهی کاهش تلفات سیستم توزیع است.
جدول (1-1) : مقایسهی نرخهای سود به هزینهی روشهای کاهش تلفات
نوع تکنیک کاهش تلفاترنج نرخ سود به هزینهجایابی خازن2 به 8سیمکشی مجدد0.6 به 7ارتقاء ولتاژ1.5 به 3بازآرائیتا 13مدیریت بار ترانسفورماتور توزیع1 به 15
1-3 معیار طراحی
ملاحضات بسیار مهمی در طراحی یک سیستم توزیع الکتریکی در نظر گرفته میشود، که عبارتند از بازدهی تلفات/انرژی، هزینهی کل، ایمنی و تناسب. نوع مرتبط در بین آنها، کاهش تلفات توان فیدر توزیع شده است. کمترین تلفات توان و انرژی منجر به بالاترین بازدهی توان و انرژی، سیستم قابل اطمینان و کاهش هزینهی کل شبکه میشود.
معیار طراحی شبکه توزیع بایستی با اهداف زیر جهتدهی شود:
* کمینهسازی تلفات انرژی کل فیدر اصلی.
* تنظیم پروفیل ولتاژ فیدر اصلی، به گونهای که تمامی بارها تا سمت گیرنده با محدودهی خطای ولتاژ مشخص بکار روند.
* تنظیم پخش بار راکتیو در محدودههای توان مشخص، به گونهای که با کمترین تلفات جمع شده در کل سیستم بکار روند.
* تنظیم امپدانس ظاهری فیدر در محدودههای مشخص برای حفظ امپدانس شبکه یکنواخت.
مبنای میزان ارضاء شرایط فوق را از رابطهی زیر میتوان تقریب زد:
(1-8)
که در آن، ?Vi، ?Ploss و ?Qloss به ترتیب انحراف ولتاژ در گره i ام، تلفات توان اکتیو و تلفات توان راکتیو است. ضرائب ?1، ?2 و ?3 توسط کاربر با تعیین میزان اهمیت هر پارامتر در فرآیند طراحی شبکه مقداردهی میشود.
1-4 جبرانسازی توان راکتیو
جبرانسازی توان راکتیو فیدر را میتوان با استفاده از یک یا چند ابزار زیر انجام داد:
* جبرانسازی توان راکتیو از طریق کنترل ولتاژ پست
مقداری که ولتاژ پست بایستی تغییر دهد با استفاده از مدل مجموع5 محاسبه میشود. در ادامه، IP و IQ (جریان اکتیو و راکتیو) با استفاده از روابط زیر بدست میآیند :

(1-9)
و
(1-10)
مقدار ?V با استفاده از رابطهی زیر بدست میآید:
(1-11)
* جبرانسازی توان راکتیو با استفاده از خازن
نصب بانکهای خازنی، یکی از موثرترین و رایجترین روشهای بکار رفته برای اصلاح ضریب قدرت، کنترل ولتاژ یا جبرانسازی توان راکتیو است. ظرفیت بانک خازنی مورد نیاز برای جبرانسازی توان راکتیو را میتوان با استفاده از مدل بار مجموع توسط روش لحظهای تعیین کرد (شکل (1-4) را ببینید).
خازن مورد نیاز بایستی در اندازهی Qc باشد. آن بایستی در نزدیکی نقطهی اتصال بار راکتیو فیدر محاسبه شود، که برابر است با فاصلهی Lqeq از پست. اندازهی Qc به الگوی بار بستگی داشته و با اجتناب از جبرانسازی بیش از حد به ازای ولتاژ در دیماند بار پائین انتخاب میشود. سطح جبرانسازی 50-60 درصد معمولا کافیست (Qc=(50-60%)Qleq).
* جبرانسازی توان راکتیو با استفاده از کنترل رگولاتور ولتاژ
رگولاتور ولتاژ قادر به اصلاح ولتاژ در یک محدوده مشخص است. قوانین محدودیت پروفیل ولتاژ، مقداری که توسط رگولاتور ولتاژ تنظیم میشود را تعیین خواهد کرد.
1-5 اصلاح ضریب قدرت
اصلاح ضریب قدرت در شبکهی توزیع معمولا با استفاده از جبرانسازی توان راکتیو بدست میآید که اساسا با نصب بانک خازنی حاصل میشود. بهترین مکان یا فاصلهی الکتریکی Lc برای نصب بانک خازنی به ازای اصلاح ضریب توان در شکل (1-5) نشان داده شده است.
که در آن،
(1-12)
و Lc فاصلهی الکتریکی هندسی است.
اندازهی بانک خازنی مورد نیاز را بر مبنای زیر میتوان محاسبه کرد:
PFeq: ضریب قدرت بار کلی معادل حاصل از مدل معادل فیدر.
PFsp: ضریب قدرت مشخص شینهی پست تحت شرایط بار سنگین و سبک برای اجتناب از اضافه جبرانسازی.
شکل (1-4): نمایش مدل بار معادل فیدر شعاعی

شکل (1-5): بهترین مکان بانک خازنی برای اصلاح ضریب قدرت
از مثلث توان نشان داده شده در شکل (1-6) و با فرض ضریب توان پسفاز، داریم:
(1-13)
قبل از جبرانسازی
(1-14)
(1-15)
(1-16)
و در آن

که وابسته به ظرفیت پست است.
شکل (1-6): مثلث توان
1-6 محدوده و هدف پایاننامه
در این پایاننامه، برای اولین بار، مدلسازی بارهای شبکه در مساله جایابی و تعیین ظرفیت بهینهی خازن مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. در این تحقیق، سه فرضیهی اصلی مبنای مطالعه است:
* حضور بانک خازنی منجر به کاهش تلفات توان و به دنبال آن بهبود پروفیل ولتاژ میگردد.
* لحاظ کردن مدلهای مختلف روی محل و ظرفیت بانک خازنی موثر خواهد بود.
* شبکههای مورد بررسی دارای بار ثابت و متعادلاند.
همچنین مطالعه پیشرو اساسا از سه فرضیه تسهیلی رایج استفاده کرده است:
* بانکهای خازنی از نوع ثابتاند.
* میزان انحراف ولتاژ، معیار بررسی نحوه بهبود پروفیل ولتاژ است.
* شبکه نمونه، شبکه توزیع شعاعی است.
با توجه به فرضیههای فوق، اهداف تحقیق را میتوان به صورت زیر خلاصهسازی کرد:
* کاهش تلفات توان اکتیو و بهبود پروفیل ولتاژ شینههای شبکه با حضور بانکهای خازنی،

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

* بررسی تاثیرگذاری بارهای تجاری، خانگی، کشاورزی، عمومی و صنعتی روی محل/ظرفیت خازن نصب شده،
* کمینهسازی تلفات توان و بهبود پروفیل ولتاژ در حضور بانکهای خازنی با مدلسازی بارهای شبکه به صورت امپدانس ثابت، جریان ثابت و توان ثابت،
* بررسی توانائی الگوریتم PSO در حصول جوابهای بهینه برای جایابی خازن.
همچنین نتایج مورد انتظار تحقیق عبارتند از:
* محاسبه دقیق تلفات اهمی شبکه با اعمال دو سطح مدلسازی پیشنهادی
* تعیین محل/ظرفیت بهینه خازن بر اساس تلفات شبکه
* بررسی میزان تاثیر مدل سازی بار در تلفات توان و پروفیل ولتاژ
1-7 بیان مسأله اساسی تحقیق
نیاز به تامین توان راکتیو بدلیل رشد چشمگیر مصرف انرژی الکتریکی بویژه در مقیاس صنعتی، یکی از دغدغههای اصلی بهرهبرداران از شبکه قدرت است. منابع اصلی توان راکتیو در شبکه عبارتند از: ژنراتورهای سنکرون، موتورهای سنکرون، تولیدات پراکنده6 (DG)، جبرانکنندههای سنکرون استاتیک7 (STATCOM)، جبرانکننده وار استاتیک8 (SVC) و خازن شنت. خازن شنت با وجود مشخصههای نه چندان مطلوب فنی (بویژه سرعت پاسخ) بدلیل هزینه نصب و نگهداری بسیار کمتر از سایر منابع، گزینهی بهتری برای تامین توان راکتیو در شبکه است. منافع اقتصادی حاصل از نصب خازن به صورت خلاصه عبارتند از: آزادسازی ظرفیت تولید، آزادسازی ظرفیت انتقال، آزادسازی ظرفیت پست توزیع، کاهش تلفات انرژی، کاهش افت ولتاژ (بهبود تنظیم ولتاژ)، افزایش کیفیت توان و بهبود پارامترهای قابلیت اطمینان.
با توجه به تاثیر زیاد مصرف توان راکتیو در شبکه و اثرات نامطلوب آن، کاهش مصرف توان راکتیو در سیستم قدرت اجتنابناپذیر است. نصب خازن بایستی با در نظر گرفتن ملاحظات فنی و اقتصادی باشد. حضور خازن از نظر فنی، موجب افزایش ضریب توان میشود، اما این افزایش نباید آنقدر زیاد باشد که موجب پیشفاز شدن شبکه شود. همچنین نصب خازن بایستی توجیه اقتصادی داشته باشد، یعنی نصب آن از لحاظ اقتصادی چنان به صرفه باشد که برای مصرفکننده جذابیت لازم را داشته باشد. برای ارضاء این دو، بایستی خازن در بهترین نقطه ممکن و با مناسبترین ظرفیت نصب شود. چه آنکه عدم نصب آن در محل مناسب با ظرفیت مناسب نه توجیه اقتصادی دارد و نه توجیه فنی. اینجاست که بهینه بودن جایابی و تعیین ظرفیت خازن نمایان میشود. مهمترین دغدغه در نصب خازن شنت، تعیین مکان و ظرفیت بهینه خازن در شبکه است. مساله جایابی خازن در سادهترین صورت تابعی از صرفهجوئی اقتصادی ناشی از کاهش میزان تلفات توان و هزینه نصب و بهرهبرداری بانک خازنی در شبکه است.
یکی از پارامترهای بسیار موثر در تعیین ظرفیت و اندازه خازن نصب شده در شبکه قدرت، نوع بار شبکه است که در بسیاری از مطالعات از آن بدلیل پیچیدگی زیاد چشمپوشی میشود. اساسا شبکه قدرت متشکل از بارهای متنوعی است که الگوی مصرف، میزان مصرف و کیفیت مورد نیاز توان آنها کاملا متفاوت است. در این پایاننامه، یک روش بدیع جهت مدلسازی بارهای مختلف شبکه به منظور بهبود پروفیل ولتاژ و کاهش تلفات توان در حضور خازن شنت انجام میگیرد که در طی آن دو مدل ارائه میشود: الف) تجاری- خانگی-کشاورزی- عمومی- صنعتی و ب) امپدانس ثابت- جریان ثابت- توان ثابت. در واقع برتری اصلی این پایاننامه نزدیک کردن مطالعه به دنیای واقعیست، چرا که تقریبا تمامی مطالعات انجام شده در زمینه جایابی بهینه خازن اساسا از تاثیر نوع بار بر محل و ظرفیت بهینه خازن نصب شده اغماض میکنند، حال آنکه این پایاننامه اثبات خواهد کرد که در نظرگیری مدل بار متفاوت روی محل/ظرفیت خازن تاثیرگذار خواهد بود. از شاخص انحراف ولتاژ بعنوان معیار نحوه بهبود پروفیل ولتاژ استفاده خواهد شد. مساله فوق با استفاده از الگوریتم بهینهسازی اجتماع ذرات9 (PSO) حل خواهد شد. جهت اثبات این اثرگذاری شبیهسازیها روی شبکه واقعی، که این تنوع بار در آن لحاظ شده، انجام گرفته و سناریویهای زیر بر روی آن اعمال میگردد: مدلسازی بار و بدون آن با حضور خازن و بدون حضور آن.
1-8 طرح کلی پایاننامه

متن پایاننامه در شش فصل تدوین و گردآوری شده است. بعد از مرور مفاهیم پایهای و کلی حفاظت، ریکلوزر و منابع DG در فصل اول، در فصل دوم ابتدا تاریخچهای از بهینهسازی، تکنیک حل مساله و کارهای انجام شده در زمینه جایابی خازن دستهبندی میشود. فصل سوم به فرمولبندی تابع هدف و مدلسازی بار متمرکز شده است. معرفی الگوریتم و نحوه حل مساله جایابی بهینه خازن در فصل چهارم ارائه خواهد شد. شبیهسازی روی شبکههای نمونه در بخش پنجم انجام میگیرد. از تحقیق پیشرو در بخش ششم نتیجهگیری شده و برای کارهای آینده پیشنهادهایی ارائه خواهد شد. اطلاعات مربوط به شبکههای نمونه در پیوست الف فهرست خواهد شد.
فصل دوم:
مبانی نظری و پیشینه تحقیق
2-1 دیباچه
ادبیات منتشره فراوانی در مورد الگوریتمهای جایابی خازنی وجود دارد. تکنیکهای حل برای مسالهی جایابی خازن را میتوان در چهار دسته تقسیمبندی کرد: تحلیلی، برنامهریزی ریاضی، ابتکاری و مبتنی بر هوش مصنوعی.
2-2 روشهای تحلیلی
تمامی کارهای اولیهی منتشر شده در مورد جایابی خازن، مبتنی بر روشهای تحلیلی بودهاند. این الگوریتمها، زمانیکه منابع محاسبهی قدرتمندی در دسترس نبودند، بکار گرفته میشد. روشهای ابتکاری، با استفاده از حساب دیفرانسیل و انتگرال، بیشترین مقدار صرفهجوئی را در حضور خازن تعیین میکنند. این توابع صرفهجوئی اغلب به صورت زیر بدست میآید:
(2-1)
که در آن،
KE، هزینهی انرژی بر حسب $/kWh
?E، کاهش تلفات انرژی بر حسب kWh

دسته بندی : پایان نامه ها

پاسخ دهید